DE19600864C2

DE19600864C2 - Verwendung einer Kupfer-Chrom-Titan-Silizium-Magnesium-Legierung

Info

Publication number: DE19600864C2
Application number: DE19600864A
Authority: DE
Inventors: Andreas Boegel; Michael Bohsmann
Original assignee: Wieland Werke AG
Current assignee: Wieland Werke AG
Priority date: 1996-01-12
Filing date: 1996-01-12
Publication date: 2000-02-10
Anticipated expiration: 2016-01-13
Also published as: ES2184904T3; EP0784099B1; DE19600864A1; EP0784099A3; EP0784099A2; DE59708683D1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Kupfer-Chrom- Titan-Silizium-Magnesium-Legierung als Werkstoff für elek trische und elektronische Bauteile sowie für Steckverbinder und federnde Kontakte, die neben hoher Festigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit eine Spannungsrelaxation von we niger als 10% bis 130°C aufweisen müssen.

Es besteht ein großer Bedarf an Kupferlegierungen für elek trische Anwendungszwecke. Diese Legierungen werden u. a. be nötigt als Werkstoffe für elektronische Bauteile, insbes. Halbleiterträger (sogenannte lead frames) für Transistoren, integrierte Schaltungen od. dgl., für Steckverbinder, Re lais, elektrische Bauteile wie z. B. Sicherungshalter, Kon taktfedern o. ä. und Teile für die Autoelektrik.

Werkstoffe für die genannten Anwendungszwecke müssen beson dere Eigenschaftskombinationen aufweisen:

a) die elektrische und thermische Leitfähigkeit sollte möglichst hoch sein (etwa oberhalb 50% IACS);
b) es wird eine hohe mechanische Festigkeit bei gleichzei tig ausreichender Biegbarkeit gefordert;
c) es wird darüber hinaus eine hohe Erweichungsbeständig keit gefordert;
d) wegen der zunehmenden Miniaturisierung werden in zuneh mendem Maße Werkstoffe gefordert, deren Gefüge keine groben Ausscheidungen oder Einschlüsse enthält;
e) insbesondere für Steckverbinder und elektrische Bautei le ist eine gute Beständigkeit gegen Spannungsrelaxa tion erforderlich (zum Begriff der "Spannungsrelaxa tion" vgl. insbes. den Aufsatz "Spannungsrelaxation in Kupferlegierungen für Steckverbinder und Federelemente" von A. Bögel in der Zeitschrift "Metall", 48. Jahrgang, Nr. 11/94, S. 872 bis 876; zum Meßverfahren s. Fig. 1).

Für die genannten Anwendungsfälle werden bisher in großem Umfang u. a. Eisen-Nickel-Legierungen oder Kupferlegierun gen, wie beispielsweise CuFe2P (C 19400) oder CuNi3Si1Mg (C 7025) sowie CuCrTiSi (C 18090) eingesetzt. Auch bei den genannten Kupferlegierungen lassen die Relaxationsbeständig keit bis 130°C oder die elektrische Leitfähigkeit oder teilweise auch die Homogenität der Werkstoffe zu wünschen übrig.

Die genannten Forderungen sind bisher weitgehend von einer Kupfer-Chrom-Titan-Silizium-Legierung mit 0,10 bis 0,50% Chrom; 0,01 bis 0,25% Titan; 0,01 bis 0,10% Silizium; Rest Kupfer und üblichen Verunreinigungen nach der US-PS 4.678.637 erfüllt worden. Bereits dort konnte ein sehr gutes Eigenschaftsprofil - hohe elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit und guter Biegbarkeit - er zielt werden, jedoch zeigt sich, daß die Relaxationsbestän digkeit bei Temperaturen unter 130°C noch zu gering ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kupfer legierung der genannten Art anzugeben, welche bedeutend ge ringere Relaxation bis 130°C bei gleichzeitig entsprechend hoher elektrischer Leitfähigkeit und Festigkeit aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung einer Kupferlegierung für den in Anspruch 1 genannten Zweck gelöst, die aus 0,10% bis 0,50% Chrom; 0,01 bis 0,25% Titan; 0,01 bis 0,10% Silizium; 0,02 bis 0,8% Magnesium; Rest Kupfer und üblichen Verunreinigungen besteht (die Prozentangaben beziehen sich dabei auf das Gewicht).

Aus der JP-OS 63-125.628 ist zwar eine Kupfer-Legierung mit 0,05 bis 1,0% Chrom, 0,02 bis 0,8% Silizium bekannt, die zusätzlich noch 0,01 bis 1% Titan und Magnesium enthalten kann, es findet sich dort jedoch kein Hinweis auf die erfin dungsgemäß geforderte Kombination von Festigkeit, elektri scher Leitfähigkeit und Beständigkeit gegen Spannungsrelaxa tion.

Die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäß verwen deten Legierung werden weiter unten anhand eines Aus führungsbeispiels näher erläutert.

Aus Fig. 2 (welche die Eigenschaften einer CuCrO, 3TiO, O6SiO, O3-Legierung in Abhängigkeit von der zuge setzten Mg-Menge zeigt) ist ersichtlich, daß die Spannungs relaxation einer CuCrTiSi-Legierung mit zunehmendem Mg-Ge halt zunächst deutlich abnimmt und bei höheren Gehalten na hezu konstant bleibt, während die elektrische Leitfähigkeit kontinuierlich abnimmt. Ebenso ist ersichtlich, daß der Mg- Gehalt zur Erreichung eines signifikanten Effekts auf die Relaxation mindestens etwa 0,02% betragen muß.

Da die elektrische Leitfähigkeit mit steigendem Mg-Gehalt stark abnimmt, erscheint eine Legierungszusammensetzung mit mehr als 0,8% Mg für die genannten Anwendungszwecke nicht geeignet, entsprechend sind die bevorzugten Mg-Gehalte in den Ansprüchen 2 und 3 beschränkt. Weitere bevorzugt verwen dete Legierungszusammensetzungen ergeben sich aus den An sprüchen 4 bis 6.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung dreier erfindungsgemäß verwendeter Legierungen (Nr. 1, 2, 3).

Tabelle 1

Zusammensetzung der Proben (Angaben in Gew.-%)

Die drei Legierungen wurden hergestellt unter Anwendung der üblichen Schritte: Gießen, Anwärmen, Warmumformen, Abkühlen an Luft, wiederholtes Kaltwalzen und Zwischenglühen.

Dabei wurden die Gußblöcke auf 900°C erwärmt, warmgewalzt und abgekühlt. Dem Kaltwalzen auf eine Zwischendicke von 4,0 mm folgte eine Glühbehandlung bei 470°C/1 h. Nach einer Schlußabwalzung an 0,34 mm wurden die Zugfestigkeit, Bri nell-Härte HB und die elektrische Leitfähigkeit ermittelt.

Die Eigenschaften der Proben sind in Tabelle 2 zusammenge stellt, zusammen mit den entsprechende Werten für Legierun gen nach dem Stand der Technik.

Die Werte für die Spannungsrelaxation wurden nach 24 h/ 125°C bei einer aufgebrachten Spannung in Höhe der Feder biegegrenze (nach DIN 50151) ermittelt.

Tabelle 2

Elektrische und mechanische Eigenschaften und Relaxation nach 24 h/125°C

Es zeigt sich, daß die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen bedeu tend niedrigere Spannungsrelaxationswerte bei gleicher oder sogar höherer Festigkeit und Leitfähigkeit aufweisen.

Es zeigt sich, daß die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen bedeu tend niedrigere Spannungsrelaxationswerte bei Temperaturen bis zu 130°C aufweisen. Oberhalb dieser Temperatur gleichen sie sich denen der bekannten Legierung CuCrO, 3TiO, O6SiO, O3 an. Zur weiteren Verdeutlichung dieses Zusammenhangs sei auf Fig. 3 verwiesen, in der der Einfluß verschiedener erfin dungsgemäßer Legierungszusätze auf das Relaxationsverhalten dargestellt ist, jeweils als Vergleich zu CuCrO, 3TiO, O6SiO, O3. Bei gleichzeitiger Zugabe mehrerer die ser Elemente überlagern sich die Einzeleffekte.

Bemerkenswerterweise zeigt sich weiterhin, daß durch die zusätzlichen erfindungsgemäßen Legierungselemente die elek trische Leitfähigkeit nicht wesentlich beeinflußt, sogar eine Steigerung der Festigkeit erreicht wird und die gün stigen Eigenschaften bei Relaxation oberhalb 130°C sowie die Erweichungsbeständigkeit und Gleichmäßigkeit des Gefüges in vollem Umfang wie bei C 18090 erhalten bleiben.

Besonders erwähnenswert ist die gute Biegbarkeit der erfin dungsgemäß verwendeten Legierung, die insbes. für Steckverbinder und Anschlußteile gefordert werden muß. In Verbindung mit der ausgezeichneten Relaxationsbeständigkeit bietet die erfin dungsgemäß verwendete Legierung wesentliche Vorteile für die genannten Anwendungsgebiete gegenüber der bekannten Legierung C 18090 und den anderen Legierungen nach dem Stand der Technik.

Claims

1. Verwendung einer Kupfer-Legierung, bestehend aus 0,10 bis 0,50% Chrom; 0,01 bis 0,25% Titan; 0,01 bis 0,10% Silizium; 0,02 bis 0,8% Magnesium; Rest Kupfer und üblichen Verunreinigungen, als Werkstoff für elektrische und elektronische Bauteile sowie für Steckverbinder und federnde Kontakte, die neben hoher Festigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit bis 130°C eine Spannungsrelaxation von weniger als 10% bis 130°C aufweisen müssen.

2. Verwendung einer Kupfer-Legierung nach Anspruch 1, deren Magnesium-Gehalt 0,05 bis 0,6% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung einer Kupfer-Legierung nach Anspruch 1 oder 2, deren Magnesium-Gehalt 0,05 bis 0,4% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung einer Kupfer-Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, die zusätzlich 0,01 bis 1% Zinn enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

5. Verwendung einer Kupfer-Legierung nach Anspruch 4, bei der das Element Zinn ganz oder teilweise durch das Element Indium ersetzt ist, für den Zweck nach Anspruch 1.

6. Verwendung einer Kupfer-Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, die zusätzlich 0,05 bis 2% Zink enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.